Công nghệ phủ EB, tại sao nó lại xuất sắc đến vậy?
Tập đoàn Quảng Đông Zhihua là công ty đầu tiên tại Trung Quốc ứng dụng công nghệ sấy bằng chùm tia điện tử EB vào vật liệu màng trang trí. Việc ứng dụng công nghệ sấy bằng chùm tia điện tử EB có thể cải thiện hiệu suất của vật liệu trang trí dạng tấm ở nhiều khía cạnh, chẳng hạn như khả năng chống chịu thời tiết, chống nắng, chống ố vàng, chống ô nhiễm, chống bụi bẩn, dễ lau chùi, chống trầy xước cao, độ cứng cao, chống dầu mỡ và chống hóa chất.
Hôm nay chúng ta sẽ tiến hành tìm hiểu và phân tích sâu sắc quá trình này.
Trong ngành công nghiệp sản xuất toàn cầu, có một hiện tượng "thượng nguồn quyết định hạ nguồn", trong đó hạ nguồn thường sử dụng sản phẩm do thượng nguồn phát triển cho nghiên cứu và phát triển. Rất ít thành tựu ở cấp độ thượng nguồn hoàn toàn độc lập.
Điều tương tự cũng đúng trong ngành sản xuất đồ nội thất. Gỗ công nghiệp, giấy trang trí, màng phim, phụ kiện kim loại, v.v… mà chúng ta thấy đều được các nhà sản xuất ở thượng nguồn phát triển trước khi các nhà sản xuất ở hạ nguồn có cơ hội ứng dụng. Đây là kết quả của sự phân công lao động khác biệt trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại, và đó là giải pháp tốt nhất trong kỷ nguyên công nghiệp.
Nhờ trình độ phát triển sản xuất và bề dày lịch sử công nghiệp ở châu Âu, chất lượng các tấm ốp và phụ kiện tùy chỉnh trong ngành này cực kỳ xuất sắc trên toàn thế giới, nhận được đơn đặt hàng từ khắp nơi trên thế giới.
Nếu chia nhỏ hơn nữa vào danh mục tấm ốp trang trí, từ Alvic, Arpa, FENIX, CLEAN, tại sao rất nhiều thương hiệu lại được các thương hiệu cao cấp và tầm trung đến cao cấp tại thị trường Trung Quốc săn đón?
Thiết kế sáng tạo, và các thương hiệu tấm ốp trang trí châu Âu có nhiều sản phẩm mới đột phá trong thiết kế của họ. Nghiên cứu và phát triển được thực hiện với tầm nhìn toàn cầu đã làm tăng nhu cầu từ một nhóm khách hàng tiềm năng nhỏ.
Chất lượng được đảm bảo. Ví dụ, khả năng chống mài mòn, chống ố vàng, độ bám dính nhiệt, v.v. đều vượt trội. Hiệu quả cả về độ bóng cao và độ mờ đều rất tốt và ổn định.
Mặc dù chưa có bước đột phá nào trong thiết kế trong ngắn hạn, nhưng chất lượng hàng hóa "Made in China" luôn được nghiên cứu và nâng cao. Ví dụ, trong ngành sản xuất ván ép công nghiệp, chúng ta đã đạt được chất lượng không thua kém tiêu chuẩn châu Âu thông qua việc nhập khẩu thiết bị từ Đức, Phần Lan và các nước khác.
Về công nghệ trang trí, chúng ta đã đạt được các tiêu chuẩn tiên tiến quốc tế bằng cách mua nguyên vật liệu hoặc công nghệ như sơn nước, sơn phủ, phun sơn tĩnh điện và laser excimer. Vậy tại sao tấm trang trí của Trung Quốc vẫn chưa đạt được chất lượng tương đương với châu Âu?
Chúng tôi tin rằng có những yếu tố quan trọng trong quá trình đóng rắn, và chất lượng tấm trang trí càng cao thì yêu cầu về quy trình đóng rắn càng khắt khe hơn.
Quan điểm này đã được xác nhận trên các trang web chính thức của nhiều thương hiệu tấm ốp trang trí. Bên cạnh những ưu điểm cao cấp, họ còn đặc biệt nhấn mạnh việc sử dụng quy trình xử lý bằng chùm tia điện tử EB, điều này dường như chứng minh rằng những ưu điểm đó có mối liên hệ mật thiết với vật liệu sử dụng quy trình xử lý này.
Quá trình chuyển đổi các lớp phủ từ dạng lỏng, bột và các dạng khác thành dạng rắn được gọi là quá trình đóng rắn. Đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB là một trong những công nghệ đóng rắn trong quy trình phủ và hiện được biết đến là một quy trình đóng rắn hàng đầu trong ngành.
Hiện nay, một số quy trình và vật liệu được sử dụng để sản xuất tấm trang trí bao gồm nhưng không giới hạn ở: sơn, sơn gốc nước, phun sơn tĩnh điện, laser excimer, màng trang trí, PET, giấy trang trí, v.v.
PSơn, sơn gốc nước, phun bột tĩnh điện và laser excimer đều không thể tránh khỏi quá trình đóng rắn, bao gồm cả màng trang trí, giấy trang trí, PET và các quy trình khác. Các quy trình đóng rắn chính hiện nay là: đóng rắn nhiệt, đóng rắn bằng tia cực tím (UV), và quy trình mới nổi là: đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB.
Dựa trên các nghiên cứu trước đây, chúng tôi đã lập biểu đồ sau.
Nếu xét đến độ dày cần đóng rắn, liệu quá trình đóng rắn bằng nhiệt có vẻ khắc nghiệt hơn không? Thực tế, đóng rắn bằng nhiệt cần thời gian lâu hơn đối với các chi tiết có độ dày lớn hơn, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn và làm tăng chi phí sản xuất một cách không thể nhận thấy.
Ví dụ minh họa về quá trình xử lý nhiệt: Đây là một chiếc bát sơn mài thời nhà Minh với lớp sơn đỏ dày vài milimét trên bề mặt. Những chiếc bát được xử lý theo cách này cần phải phủ nhiều lớp và xử lý nhiệt nhiều lần, và quá trình chuyển đổi sơn từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn để hoàn thiện thường mất vài ngày.
Ngay cả trong thời đại hiện đại, quy trình nhiệt rắn này vẫn rất tốn thời gian vì nó đòi hỏi phòng nung ở nhiệt độ cao để làm cứng vật liệu, điều này không chỉ tiêu tốn nhiều năng lượng (thường là năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt) mà còn mất khá nhiều thời gian.
Ngoài ra còn có rủi ro liên quan đến dung môi trong quá trình đóng rắn nhiệt, vì việc sử dụng dung môi tiềm ẩn nhiều rủi ro từ khâu sản xuất, vận chuyển đến sử dụng cuối cùng, chẳng hạn như rủi ro cháy nổ, chất dễ bay hơi, v.v.
Nếu phương pháp sấy nhiệt có một số vấn đề, vậy còn sấy bằng tia cực tím thì sao? Phương pháp sấy này hiện là phương pháp chủ đạo cho các thương hiệu tầm trung đến cao cấp và được ưa chuộng nhờ hiệu suất và tính thân thiện với môi trường cao, bao gồm cả việc sử dụng công nghệ sấy tia cực tím cho các loại bo mạch excimer phổ biến.
Vậy quy trình này có hoàn hảo không? Hiện tại thì không. Điều này chủ yếu thể hiện ở một số khía cạnh.
Về độ dày và độ đồng đều khi đóng rắn, phương pháp đóng rắn bằng tia cực tím chỉ áp dụng được cho các lớp sơn có độ dày micromet, điển hình là sơn excimer và sơn UV thông thường. Ngay cả ở độ dày chỉ vài micromet, nghiên cứu đã chỉ ra rằng lớp sơn càng dày thì càng dễ bị lỗi trong quá trình đóng rắn, và hiện tượng đóng rắn không đều càng rõ rệt.
Việc sử dụng chất khởi phát quang không yêu cầu chất khởi phát quang trong quá trình đóng rắn bằng tia UV đối với các excimer, nhưng các quá trình đóng rắn bằng tia UV khác có thể tạo ra chất khởi phát quang dư thừa, gây ra rủi ro cho sức khỏe.
Ưu điểm rõ rệt của công nghệ sấy bằng chùm tia điện tử EB là tiêu thụ năng lượng thấp, sấy cân bằng và hiệu suất môi trường tốt hơn; về phía trải nghiệm người tiêu dùng, nó có các ưu điểm như khả năng chống chịu thời tiết, chống nắng, chống ố vàng, chống bám bẩn, dễ lau chùi, chống trầy xước cao, độ cứng cao, chống dầu và chống hóa chất.
Như có thể thấy từ bảng trên, phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB không yêu cầu môi trường nhiệt độ cao, dung môi, chất khởi phát quang hóa, tiêu thụ năng lượng rất thấp và tốc độ đóng rắn rất nhanh.
Do đó, hiện nay, phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB là một quy trình đóng rắn vô cùng hiệu quả và được biết đến như một quy trình đóng rắn tiên tiến trên toàn cầu.
Hiện nay, phương pháp đóng rắn chủ đạo là đóng rắn bằng tia cực tím (UV), nhưng trên thực tế, đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB lại tốt hơn so với đóng rắn bằng tia cực tím cả về khía cạnh thực nghiệm và ứng dụng. Dưới đây là dữ liệu từ các tài liệu nghiên cứu liên quan.
Độ cứng bút chì: Giá trị thử nghiệm này tương ứng với khả năng chống trầy xước của lớp phủ sản phẩm, độ cứng càng cao thì khả năng chống bám bẩn và chống trầy xước càng tốt.
Mô tả độ cứng: 6B, 5B, 4B, 3B, 2B, B, HB, H, 2H, 3H, 4H, 5H, 6H, 7H, 8H, 9H, từ mềm đến cứng, đây là kết quả thể hiện phương pháp đo độ cứng bút chì cho độ cứng của màng phim.
Kết quả cho thấy, ở phần độ cứng của bút chì, bút chì được làm cứng bằng tia EB trong các loại nhựa khác nhau có độ cứng cao hơn so với bút chì được làm cứng bằng tia UV.
Độ bám dính khi cào xước: Giá trị này thể hiện độ bám dính của lớp phủ và cũng có ý nghĩa quan trọng đối với khả năng chống cào xước và độ bền. Giá trị càng nhỏ (0-6) thì càng tốt.
Mô tả cấp độ: Cấp độ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, tổng cộng 6 cấp độ, được phân chia theo các chỉ số như hiệu quả cắt, tỷ lệ bong tróc lớp phủ và diện tích bị ảnh hưởng.
Kết quả cho thấy rằng phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử (EB) cũng vượt trội hơn so với phương pháp đóng rắn bằng tia cực tím (UV) về độ bám dính với lưới, dẫn đến độ bám dính tốt hơn.
Độ bám dính kéo: Giá trị này thể hiện độ bám dính giữa lớp phủ và chất nền sau khi đóng rắn, có ý nghĩa quan trọng đối với khả năng chống trầy xước và độ bền. Giá trị càng lớn thì càng tốt.
Kết quả cho thấy, về khía cạnh độ bám dính khi kéo ra, phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB vượt trội hơn so với phương pháp đóng rắn bằng tia UV, ngoại trừ giá trị nhựa của nó trong PUA-1 yếu hơn so với phương pháp đóng rắn bằng tia UV.
Tại sao độ cứng của quá trình đóng rắn bằng chùm tia điện tử lại cao hơn so với quá trình đóng rắn bằng tia cực tím?
Nhìn chung, năng lượng photon UV 350 nm = 35 keV tương đương với năng lượng electron ở điện áp 110 kV, và điều kiện để đông đặc bằng chùm electron là 220 keV. Do đó, xét về năng lượng, năng lượng của chùm electron cao hơn năng lượng của photon UV.
Do đó, sau khi xử lý bằng chùm tia điện tử EB, mật độ mạng lưới liên kết ngang chuỗi trên bề mặt lớp phủ cao hơn, có thể tăng cường độ cứng bề mặt của lớp phủ. Tại sao xử lý bằng chùm tia EB lại có độ bám dính cao hơn xử lý bằng tia UV?
Kết quả thử nghiệm độ bám dính cho thấy độ bám dính của lớp phủ được xử lý bằng chùm tia điện tử nhìn chung cao hơn so với lớp phủ được xử lý bằng tia cực tím, bất kể đó là thử nghiệm cắt ngang hay thử nghiệm kéo ra. Điều này có thể là do gỗ là vật liệu polymer tự nhiên, và chùm tia điện tử xuyên qua lớp phủ để thay đổi cấu trúc hóa học bề mặt của nó, khiến lớp phủ tương tác với gỗ nền bằng liên kết hóa học, cải thiện độ bám dính của lớp phủ với gỗ.
Nói một cách đơn giản, phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB triệt để hơn so với đóng rắn bằng tia UV, làm cho vật liệu phủ cứng hơn, dẫn đến độ bám dính cao hơn.
"Hotfix" không phải là thuật ngữ mới trong các lĩnh vực ứng dụng khác. Ví dụ, lớp phủ bảo vệ sơn xe trong suốt có khả năng "Hotfix". Lớp phủ này được làm từ vật liệu TPU và có thể được sửa chữa ở nhiệt độ nhất định mà không gây ra vết xước quá sâu.
Nguyên lý: Vật liệu TPU có cấu trúc phân tử chặt chẽ, độ bền tốt và tỷ lệ kéo giãn cao. Khi bị tác động bởi lực bên ngoài, các phân tử sẽ bị đứt gãy. Khi lực tác động được loại bỏ, các phân tử sẽ tạo ra sự giãn nở do phân tách. Dưới tác động của nhiệt độ, cấu trúc phân tử bị hư hại có thể tự động được phục hồi để sửa chữa các vết xước.
Trong so sánh giữa quá trình đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB và đóng rắn bằng tia UV, chúng tôi tập trung vào hai dữ liệu: độ bền kéo và tốc độ đứt gãy do kéo.
Độ bền kéo: Khả năng chịu kéo của lớp phủ, giá trị càng lớn thì càng tốt.
Kết quả cho thấy độ bền kéo của vật liệu được xử lý bằng chùm tia điện tử (EB) cao hơn so với vật liệu được xử lý bằng tia cực tím (UV), điều này chứng tỏ khả năng chịu kéo của vật liệu EB được xử lý bằng chùm tia điện tử mạnh hơn, và lực gắn kết (Hotfix force) cũng mạnh hơn.
Độ giãn dài khi đứt: Thường được biểu thị bằng độ giãn dài tương đối khi đứt, là tỷ lệ giữa độ giãn dài khi đứt của sợi so với chiều dài ban đầu của nó, được biểu thị bằng phần trăm. Đây là một chỉ số đặc trưng cho độ mềm và độ đàn hồi của mẫu, và độ giãn dài khi đứt càng cao thì độ mềm và độ đàn hồi càng tốt. Kết quả cho thấy, ngoại trừ PUA-1 có độ giãn dài khi đứt thấp hơn một chút so với phương pháp đóng rắn bằng tia UV, phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB cho kết quả tốt hơn phương pháp đóng rắn bằng tia UV. Do đó, lớp phủ được đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB có khả năng Hotfix mạnh hơn, trong khi các phương pháp đóng rắn khác không có khả năng Hotfix hoặc khả năng này yếu hơn so với phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB.
Dù là đồ nội thất, ô tô hay quần áo, sau thời gian sử dụng lâu dài, đồ nội thất màu sáng thường bị ố vàng, đặc biệt là đồ màu trắng hoặc sáng màu và ô tô, gây ra nhiều khó khăn cho nhiều ngành công nghiệp. Chúng ta cần biết hiện tượng ố vàng xảy ra như thế nào? Các cách chính gây lão hóa và ố vàng lớp phủ là sự phân hủy nhiệt, phân hủy oxy hóa và phân hủy quang oxy hóa của chuỗi polymer, có nghĩa là có ba điều kiện chính khiến lớp phủ chuyển sang màu vàng: ánh sáng mặt trời, oxy và năng lượng nhiệt.
Lớp phủ trải qua hai phản ứng hóa học không thể đảo ngược, đó là phân hủy và liên kết chéo, trong môi trường oxy quang và oxy nhiệt, dẫn đến việc lớp phủ chuyển sang màu vàng nhạt, hay còn gọi là hiện tượng ngả vàng.
Khả năng chống ố vàng của phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB có xuất sắc không?
1. Phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB không sử dụng chất khởi phát quang hóa cần thiết cho phương pháp đóng rắn bằng tia UV, và sẽ không có chất khởi phát quang hóa dư thừa trong các sản phẩm sau này. Tốc độ phân hủy do oxy hóa quang học dưới ánh sáng mặt trời sẽ giảm đáng kể.
2. Phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB: Do lớp phủ được đóng rắn hoàn toàn, cấu trúc phân tử trở nên chặt chẽ, và khả năng xâm nhập của các phân tử oxy giảm đi đáng kể. Dưới tác động của sự thiếu hụt oxy, phản ứng hóa học của oxy nóng cũng bị ức chế mạnh mẽ. Dựa trên những lý do này, khả năng chống ố vàng của phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB rất tốt, và kết quả thực nghiệm cho thấy nó vượt trội hơn hẳn so với các phương pháp đóng rắn khác.
Lấy sơn làm ví dụ, chúng ta biết rằng nó được cấu tạo từ các chất tạo màng, chất màu và các công thức khác. Trong quá trình đóng rắn, đóng rắn bằng tia cực tím có hiệu quả tốt hơn đối với các vật liệu tạo màng có độ trong suốt cao, trong khi những vật liệu có độ trong suốt thấp hơn có thể bị đóng rắn không hoàn toàn.
Quá trình đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB không cần chú ý đến độ trong suốt của vật liệu tạo màng, và quá trình này gần giống với nhiệt độ phòng, dẫn đến xác suất phản ứng nhiệt của lớp phủ rất thấp. Do sự tham gia của năng lượng nhiệt trong cả quá trình đóng rắn bằng nhiệt và tia UV, sẽ có các phản ứng nhiệt trên các bộ phận được phủ và lớp phủ, điều này sẽ ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm. Vì vậy, đóng rắn bằng chùm tia EB ổn định hơn.
Ngoài ra, phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB cũng có thể được lập trình để xử lý chính xác các lớp phủ có độ dày khác nhau, mang lại kết quả đóng rắn phong phú. Dựa trên những điều này, phương pháp đóng rắn bằng chùm tia điện tử EB cho màu sắc lớp phủ đa dạng hơn so với phương pháp đóng rắn bằng tia cực tím và đóng rắn bằng nhiệt.
Giờ đây, vấn đề đã quay trở lại chuỗi cung ứng thiết bị thượng nguồn, tại sao các nhà sản xuất tấm ốp trang trí trong nước không lựa chọn giải pháp sấy bằng chùm tia điện tử EB? Câu trả lời là do chi phí, công nghệ và thị trường. Hiện chỉ có ba nhà cung cấp thiết bị sấy bằng chùm tia điện tử EB trên toàn cầu, tất cả đều là thương hiệu nước ngoài với chi phí ứng dụng cao. Hơn nữa, công nghệ (giải pháp) cũng bị hạn chế bởi chuỗi cung ứng, và hiệu quả dịch vụ sẽ bị ảnh hưởng đáng kể. Thêm vào đó, còn có yếu tố thị trường. Trước khi công nghệ độ phân giải cao trở nên phổ biến ở Trung Quốc, ngành công nghiệp sản xuất theo yêu cầu của Trung Quốc chủ yếu tập trung vào việc đáp ứng nhu cầu thị trường. Yêu cầu về chất lượng sản phẩm vẫn ở mức tương đối cơ bản, chẳng hạn như yêu cầu về bảo vệ môi trường và hiệu năng vật lý, như hàm lượng formaldehyde, khả năng chống biến dạng và hiệu suất gia công. Việc ra mắt và cung cấp bộ thiết bị sấy bằng chùm tia điện tử đầu tiên cho tấm kim loại tại Trung Quốc, sau sự phổ biến của Gaoding, đã thúc đẩy sự nâng cấp của toàn bộ chuỗi ngành. Người tiêu dùng và các thương hiệu ngày càng chú trọng đến chất lượng của lớp phủ, từ kết cấu đến hiệu suất ứng dụng của lớp phủ. Để đạt được chất lượng tốt hơn, cần phải nâng cấp từ thiết bị đến quy trình. Đây cũng là lý do tại sao Tập đoàn Zhihua Quảng Đông đã giới thiệu thiết bị và công nghệ sấy bằng chùm tia điện tử EB.
Việc Tập đoàn Quảng Đông Zhihua ứng dụng công nghệ xử lý bằng chùm tia điện tử EB vào vật liệu màng trang trí sẽ tạo ra tác động lớn đến ngành công nghiệp tấm trang trí, đặc biệt là hiệu suất ứng dụng của tấm trang trí sẽ được cải thiện đáng kể, phá vỡ những hạn chế về hiệu ứng thị giác và xúc giác mà chỉ các thương hiệu nhập khẩu mới có thể tạo ra, và đưa các sản phẩm trang trí chất lượng cao đến với nhiều gia đình Trung Quốc hơn.
